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信号分析基础知识及LG118介绍 2 信号分析概述LG118简介信号分析方法信号分析举例 信号识别概述 信号分析概念 通过采用各类信号处理手段 进行信号的存在性检测 测量信号的频谱域参数 带宽 功率 中心频率等 确认调制域信息 调制类型 波特率 调制指数等调制参数 获取编码域内容 信源 信道编码 帧结构 并进行解调与解码 通信体制识别 使用者身份 传输信息 信号识别 信号分析框架 调制参数识别 信号解调 波特率测量载波间隔测量调制指数测量 调制类型识别 单载波 FSK PSK 多载波 PSK等 编码识别 交织方式信道编码方式字符集 比特流解调 相干解调非相干解调 信息还原 解交织信道解码协议还原 信号通信体制 非加密传输信息 信号识别概述 4 短波信号特点 短波信号种类繁多 很多复杂通信体制在频谱层和调制层具有显著的唯一特征 尚有很多不同体制信号 在频谱域和调制域特征相似甚至完全相同 信号识别概述 5 短波信号分析的特点 即使是同一种体制也有多种调制参数组合 也会给信号后续处理带来困难 信号识别概述 短波信号应该从时频域分析 调制层分析 编码 协议层分析三维角度入手 才能最终确定信号的通信体制 完成后续的解调解码与使用者身份识别的工作 利用时域可看出信号的初步外特征参数 通断规律及对应时间 带宽 初步的通信体制 TDMA 信号识别概述 FSK 多载波与PSK的区分 FSK与多载波信号有时不易区分 模拟信号与数字信号的区分 2FSK h 1 7 2FSK h 2 PSK系列 2路PSK信号 无法估计波特率 精确载频等调制参数无法进行调制类型的识别 PSK信号的进制 多载波的调制 编码层信息获取 信号识别概述 完成调制参数和调制类型的分析 各类信号处理方法 相位轨迹图 频率分布图 星座图 小波变换 循环谱 完成比特流的恢复 调制参数 波特率 调制指数 调制偏移调制类型 线性调制 PSK QAM FSK 多载波等 4FSK信号 小波变换谱 相位轨迹图 QPSK 瞬时频率4FSK 信号识别概述 完成各类通信体制的确认 编码识别 信源编码 信道编码 交织方式等 完成信息的恢复 协议还原 未加密信号直接还原 短波大部分信号 加密信号需要破译 信号识别概述 1 利用三倍冗余进行同步 误码率0 01 正确率约95 误码率0 05 正确率约75 信号识别概述 2 3大数判决 根据3倍冗余对49个位置上的3个比特取多数判决输出 解交织 去掉最后一个bit 将48个bitA1B1 A24B24进行重新排列 得到A1 A24和B1 B24 纠错译码 设得到的24bit序列R C E 译码矩阵H PTI12 则利用CHT 0 有RHT C E HT EHT S 在求出S后 应该根据S和E的一一映射关系 建立查找表 得到错误图样E 从而得到C Golay编码的可纠3个错误 因此可能的错误图样数量就有 信号识别概述 12 比特流转换 得到传送信息 对传送信息的合理性进行判断 得到最可能的一组进行输出 开始的字头必须是TO 结尾应该是THISIS TO THRU REPEAT THISIS字后的ASCII字应为数字或字母 TOSAMTOSAMTOSAMTOSAMCOMMANDATHISISJOHN ALE信息携带内容的基本组成单位是字 每个字由字头和数据组成 总长度为24bit 字头共有8个 分别为DATA THRU TO THISWAS FROM THISIS COMMAND REPEAT 用3bit从000 111进行表示 字头后共有三个数据 每个数据用7bit的0 127的ASCII字符来表示 信号识别概述 13 对于编码层的识别具有很高的难度 短波通信大多数编码方式及协议是公开的 可采用专用的解码软件 在已知编码层的各环节信息下的解码也具有很高的专业性 信号识别概述 14 信号识别相关软件 15 实时 自动分析 离线 手动分析 覆盖短波主流体制和调制类型 识别处理的带宽较窄 复杂信道下性能一般 包括39种通用简单的调制类型 黑鸟信号识别 AMMOS 只具备调制域信号分析能力 多径和衰落信道下性能一般 具备调制和编码识别能力 W51 61PC 具备调制方式和编码识别能力 CodeCheck 覆盖短波主流体制和调制类型 LG118 具备提取调制层信息所需的多种信号处理工具 57所信号识别软件 具备提取调制层信息所需的多种信号处理工具 LG115 具备帧结构 典型信道及信源编码识别的能力 具备信源 信道编码的解码能力 自动识别软件尚无法满足自动化监测的需要 需要辅以手动分析 信号解码相关软件 16 W51 61PC 各类解码软件类型丰富 覆盖面广 可靠性高 可以满足日常工作的需要 W51 61PC 涵盖主流信号类型 FLdigi 其它解码软件 PCHFDL 短波数据链解码 MMSSTV 解码满扫电视及其它常规数据链 JVCOMM32 MULTIPSK等 17 2009 TechnicalAnalysis 1305 A 信号分析概述LG118简介信号分析方法信号分析举例 LG118介绍 LG118是一款信号离线分析软件 通过各类数字信号处理手段可完成如下的功能信号的参数分析和测量 波特率 载波频率 调制指数 调制类型的确认信号的解调 FSK PSK QAM CPM等 比特流层 LG118的本质为一图形界面的信号分析工具箱 其使用对象为掌握各类信号分析方法的各类专业用户 19 LG118presentation ThalesCommunicationsFrance LG118介绍 主视窗 菜单 状态列 档案及管理功能按键 工作位置 20 LG118presentation ThalesCommunicationsFrance LG118介绍 Time frequency display时间 频率 Amplitude time display波幅 时间 Polarview星座图 Spectraldisplay频谱 Phasetrajectory相位轨迹 Eyediagram眼图 21 LG118presentation ThalesCommunicationsFrance LG118介绍 各类滤波器 抽取滤波器 带通 带阻滤波器 自定义滤波器 自相关 互相关运算 M律运算 瞬时频率 相位计算 自相关 互相关运算 插值运算 谱相关计算 时 频图运算及显示 利用各类处理工具 可以构建并形成信号的参数提取和调制识别的处理方案和流程 22 2009 TechnicalAnalysis 1305 A 信号分析概述LG118典型信号分析方法信号分析举例 典型信号分析方法 波特率估计 三种典型算法 调制参数提取 波特率 信号的谱相关的f f0的 截面谱在波特率处出现离散谱线 典型方法1 循环谱 信号适用范围广 所有线性与非线性数字调制信号环境使用范围广 多径衰落及低信噪比计算量较大 需要进行二维运算 BPSK俯视图 BPSK三维图 调制参数提取 波特率 QPSK 4FSK AM 调制参数提取 波特率 瞬时幅度谱在波特率的整数倍处呈现衰减的离散谱线 QPSK信号 瞬时幅度谱 典型方法2 瞬时幅度谱 信号适用范围广 所有的线性调制信号 PSK QAM等 且呈现相同的特征 计算量小 简单的傅立叶变换 接收环境适用范围广 多径和衰落和较低信噪比 调制参数提取 波特率 典型方法3 小波变换谱 瞬时幅度谱在波特率的整数倍处呈现衰减的离散谱线 信号适用范围广 所有数字调制信号 4FSK信号 小波变换谱 计算量较小 简单的滤波与傅立叶变换 QPSK信号 小波变换谱 接收环境适用范围较广 衰落和低信噪比 调制进制估计 三种典型算法 调制参数提取 M次方谱 典型方法1 M次方谱 接收环境适用范围广 多径和衰落条件下 计算量较小 简单的数字处理与傅立叶变换 可同时精确估计出载波频率 信号适用范围广 MPSK MQAM标准线性调制信号呈现出三谱线特征 特征1 Pi 2DQPSK等偏移调制呈现出双谱线特征 特征2 调制参数提取 M次方谱 MPSK信号的M次方谱的最高离散谱线对应M倍载波频偏 方形MQAM信号的4次方谱的最高离散谱线对应4倍载波频偏 圆形MQAM信号的单圈状态数为M 则M次方谱的最高离散谱线对应M倍载波频偏 8PSK PSDofs8 16QAM PSDofs4 特征1 VS VS 调制参数估计 M次方谱 2DBPSK信号的平方谱呈现两个幅度相近的离散谱线 分别对应 Vs 2 2fc与Vs 2 2fc 4DQPSK信号的4次方谱呈现两个幅度相近的离散谱线 分别对应 Vs 2 4fc与Vs 2 4fc OQPSK信号的平方谱呈现两个幅度相近的离散谱线 分别对应 Vs 2fc与Vs 2fc 特征2 OQPSK PSDofs2 2 VS VS Pi 2DBPSK PSDofs2 Pi 4DQPSKPSDofs4 VS 调制参数提取 调制进制 典型方法2 瞬时相位 适用范围广 线性与非线性调制数字信号 计算量较小 简单的数字处理 信道适用范围较广 衰落信道和较低信噪比 调制参数提取 瞬时相位 MFSK信号的相位轨迹图为线性特征 分叉数为M MPSK信号的相位轨迹图为非线性特征 分叉数为M 1 相位轨迹图 8FSK 相位轨迹图 QPSK MPSK信号在码元间隔产生相位变化 在码元内相位不变 MFSK信号在码元内相位线性变化 码元间隔变换方向 瞬时相位QPSK 瞬时相位4FSK 调制参数提取 调制进制 典型方法3 瞬时频率 信号适用范围广 所有MFSK数字调制信号 计算量较小 简单的数字处理 信道适用范围较广 衰落信道和较低信噪比 调制参数提取 瞬时频率 对MFSK信号的瞬时频率进行直方图统计 则应有M个状态 4FSK瞬时频率统计图 QPSK瞬时频率统计图 由于成型滤波的影响 MPSK信号瞬时频率连续变化 无明显规律 MFSK信号在码元间隔频率跳变 码元内频率不变 呈现阶梯分布 MPSK信号频率统计图没有明显特征 瞬时频率4FSK 瞬时频率QPSK 36 37 2009 TechnicalAnalysis 1305 A ThalesCommunicationsFrance 信号分析概述LG118简介信号分析方法信号分析举例 38 2009 TechnicalAnalysis 1305 A ThalesCommunicationsFrance 手动信号分析一般流程 听信号时域的声音 略 对采集有要求 信号分析方法 看信号的频谱 笔记 这里指的是幅度 频率谱 对信号进行适当的去噪和抽取滤波 运用信号处理方法估计信号参数和调制类型 PSK QAM 波特率 中心频率 调制类型 对信号进行解调 FSK 波特率 中心频率 调制偏移 调制类型 CPM 波特率 中心频率 调制指数 调制类型 FDM 载波数 载波间隔 中心频率 子载波的调制参数 波特率 中心频率 调制指数等 39 2009 TechnicalAnalysis 1305 A ThalesCommunicationsFrance 参数测量辨别 OOKmodulation 中心频率测量 功率谱密度 或频谱 波特率测量 瞬时幅度 功率谱密度 或频谱 Centralfrequency Carrierfrequency PSDofOOK MORSE 5938 65ms 6009 18ms InstantaneousAmplitudeofOOK MORSE Signalanalysis 4 12 听信号音频声音 观察信号功率谱 确认为OOK信号滤除信号带外噪声进行波特率估计 功率谱密度 解调 OOKmodulation识别和参数提取方法 41 2009 TechnicalAnalysis 1305 A ThalesCommunicationsFrance 参数测量辨别 BFSK MFSKmodulation 状态数和频移 瞬时频率统计图 InstantaneousfrequencieshistogramFSK 4100baudsmodulationindex0 9 波特率估计 瞬时频率 差分 谱 谱相关 中心频率的估计 相位树状图 Signalanalysis 5 12 功率谱密度 PSD FSK 2 h 1 8 InstantaneousfrequencieshistogramFSK 2modulationindex1 8 相位树状图 FSK 8 h 2 瞬时频率统计图 听信号音频声音 观察信号功率谱 确认为FSK信号滤除信号带外噪声进行波特率估计 谱相关等 进行调制进制 频率数和中心频率的统计 信号瞬时频率直方图等 信号解调 FSKmodulation识别和参数提取方法 43 2009 TechnicalAnalysis 1305 A ThalesCommunicationsFrance 参数测量辨别 MPSKmodulation 调制进制测量 M律方法活M 2律后谱相关方法 波特率测量 谱相关 Zero crossing 瞬时包络的功率谱 QPSK 1200Bd 1次方和2次方后谱相关 中心频率测量 相位树状图 M律方法 Signalanalysis 6 12 PSD orSpectrum 瞬时频率差分谱 观察星座图 相位树状图 M 1个分支 QPSK 相位树状图 44 2009 TechnicalAnalysis 1305 A ThalesCommunicationsFrance 参数测量辨别 QAMmodulation Spectralcorrelation 1200Hz 调制进制测量 信号极化图 波特率测量 中心频率测量 相位图 M 2次方后进行谱相关 圆形 2次方后进行谱相关 方形 Signalanalysis 8 12 功率谱 谱相关 Zero crossing 瞬时频率差分谱 包络的功率谱 星座图 听信号音频声音 观察信号功率谱 确认为FSK外其它单载波信号滤除信号带外噪声进行波特率估计 谱相关 瞬时幅度谱等 根据M律 或M 2律后谱相关运算 的特征频谱 判断是否属于MPSK或QAM信号 也可通过相位轨迹图等确认 估计载波频偏 M 2律后进行谱相关 再通过极化图进行细估计 信号解调后续处理 PSK QAMmodulation识别和参数提取方法 47 2009 TechnicalAnalysis 1305 A ThalesCommunicationsFrance 参数测量识别 OQPSK pi 2DBPSK pi 4DQPSKmodulation PSDofs2 2 VS Phasetrellis 2 DBPSK Signalanalysis 7 12 Phasetrellis 4 DQPSK PhasetrellisOQPSK 2 DBPSK 4 DQPSK OQPSK VS PSDofs2 PSDofs4 VS 听信号音频声音 观察信号功率谱 确认为FSK以外的单载波信号 滤除信号带外噪声进行波特率估计 谱相关等 根据M 2律后谱相关运算的特征频谱 判断是否属于OQPSK pi 2DBPSK或pi 4DQPSK信号 并确认信号类型 也可通过相位轨迹图等确认 估计载波频偏 M 2律后进行谱相关 再通过极化图进行细估计 信号解调后续处理 OQPSK pi 2DBPSK pi 4DQPSKmodulation识别和参数提取方法 49 2009 TechnicalAnalysis 1305 A ThalesCommunicati